Propriedades Estruturais e Eletrônicas de Interfaces 2D Laterais e Interplanares no Sistema MoS2/MoSe2
Teoria do Funcional da Densidade; heteroestruturas bidimensionais; MoS2; MoSe2; band offsets; alinhamento de bandas.
Heteroestruturas bidimensionais baseadas em dicalcogenetos de metais de transição apresentam propriedades eletrônicas e optoeletrônicas de grande interesse para aplicações em dispositivos nanoeletrônicos e optoeletrônicos. Nesta tese, investigamos, por meio de cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), as propriedades estruturais e eletrônicas de heteroestruturas MoS2/MoSe2 em duas arquiteturas distintas: interfaces interplanares de van der Waals e interfaces laterais coplanares. Foram obtidas otimizações estruturais com o funcional GGA-PBE acrescido da correção de dispersão de Grimme D3, análise da estrutura de bandas, densidade de estados projetada, cálculo da afinidade eletrônica pelo método ΔSCF e determinação dos band offsets segundo o procedimento de Van de Walle. Nas heteroestruturas interplanares foram investigadas quatro configurações de empilhamento (1H, 2Ha, 2Hb e 2Hc), verificando-se que o empilhamento 2Hb apresenta a maior estabilidade estrutural. Embora todas as configurações preservem o caráter semicondutor, o alinhamento de bandas mostrou-se dependente do registro de empilhamento, sendo identificadas heterojunções dos Tipos II e III. Para as heteroestruturas laterais foram analisadas interfaces nas orientações zig-zag e armchair e diferentes extensões laterais, representadas pelas supercélulas 4×4, 5×5 e 6×6. Na orientação armchair, o alinhamento Tipo II foi preservado em todas as dimensões investigadas. Na orientação zig-zag, entretanto, observou-se uma transição do Tipo II, na configuração 4×4, para o Tipo I nas configurações 5×5 e 6×6, evidenciando a influência conjunta da orientação cristalográfica e da extensão dos domínios sobre as propriedades eletrônicas da interface. Os resultados demonstram que o alinhamento de bandas das heteroestruturas MoS2/MoSe2 não é determinado exclusivamente pela composição química, mas pode ser modulado por parâmetros estruturais específicos da arquitetura interfacial. Enquanto o registro de empilhamento constitui um parâmetro determinante nas interfaces interplanares, a orientação cristalográfica e a extensão lateral dos domínios atuam conjuntamente nas interfaces laterais. Dessa forma, esta tese amplia a compreensão dos mecanismos físicos que governam o alinhamento de bandas em heteroestruturas bidimensionais e fornece uma base teórica para o controle de suas propriedades eletrônicas e para a investigação de aplicações em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos.